JPH03206907A - 半田形状検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プリント基板上に実装される各種ＩＣのリー
ド先端の半田形状の検出などを画像処理により全自動で
行う装置に関する。

〔従来の技術〕

プリント基板上のＩＣの半田量は、次のように半田形状
と密接な関係にある。

半田過多は、半田部の形状が凸のもの、半田適量は半田
部の形状が凹のもの、未半田は、半田部がない場合を言
う。

プリント基板上のＩＣの半田量検査は、今まで検査員に
よって行われている。検査員は、２０〜５０倍程度の倍
率の手動検査器を用い、半田形状を目視で観察し、その
量を判別していた。

近年、このような検査を自動化しようとする試みとして
、レーザ光やＸ線を用いた半田量検査方法が開発されて
いる。

まず、レーザ光を用いた半田量検査は、第１１図に示す
ように、プリント基板のパッド１と、その上に取り付け
られたＩＣのり一ド２との間の半田部３にレーザ光４を
照射し、そのＺ方向の反射位置の違いを利用している。

すなわち、レーザ光４は、照射器５から回転ミラー６に
よってＸ軸方向に掃引され、半田部３の表面に照射され
、その半田量の大小によって、反射位置を異にしながら
集光レンズ７を経て検出器８に達する。このときの反射
側のレーザ光４は、半田部３の量の変化によって、光路
を異にしながら検出器８の検出面に入射される。このよ
うに、反射側のレーザ光４の入射位置は、半田部３の半
田量つまりその高さの変化によって決定される。そこで
、測定システムは、照射器５の位置で反射側のレーザ光
４の入射位置を半田部３の全ての範囲で識別することに
よって、半田部３の形状からその量を算出していく。

一方、Ｘ線を用いた半田量検査は、第１２図のように、
プリント基板のパッド１の例えば背面側の照射器１０か
ら半田部３に向けてＸ線９を照射し、プリント基板のバ
ッド１および半田部３にＸ線９を透過させることによっ
て行われる。すなわち、Ｘ線９は、プリント基板のバッ
ドエおよび半田部３を透過し、Ｘ線カメラ１１によって
撮影される。Ｘ線９の透過率は、原子量の大きい物質は
ど低く、また同じ物質でもその厚さに反比例して低くな
るという性質を有している。したがって、Ｘ線画像中で
、黒く写った部分は、原子量の大きい鉛を含む半田部３
である。その黒い部分から半田部３の位置が識別でき、
またその部分の明るさから半田部３の半田量が識別でき
る。

〔従来技術の問題点〕

従来の検査では、下記の問題がある。

（１）　　目視の半田検査は、検査員の疲労をもたらし
、労務管理上の問題がある。また、レーザ式の半田量検
査やＸ線式の半田量検査では、共に装置の価格が高く、
企業側にとって採算性の難点がある。また、Ｘ線式の半
田量検査は、取り扱い作業員の安全上の問題もある。

次に画像処理で半田形状をみようとする試みにおける問
題点を記す。

（２）画像は、２次元情報であるため、半田部の３次元
形状はわからない。

（３１（１１の問題解決のために２種類の角度の異なる
光源を配置し、光源を切り換えて画像上の半田部の反射
スポットの移動方向から半田形状を検知する方法が考え
られるが、例えば白熱ランプなどの光源の切り換えには
かなりの切り換え時間を要し、また切り換え素子の耐久
性の問題も生じる。

＋４）　　（２１の問題解決のために切り換え時間が速
く、半永久的な耐久性を持つＬＥＤ照明を用いる事も考
えられるが、検査部位で充分な照度が得られないので、
外乱光の影響を受けやすい。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記問題点を解決することを目的としており
、下記の手段を講じている。

本発明は、第１図のように、プリント基板上に実装され
たＩＣのり一ド２先端の半田部３の半田形状を検出する
装置であり、角度の異なる２つのＬＥＤ光源２１ａ、２
１ｂを切り換えながら半田部３に投光する手段と、外乱
光を遮断する遮光手段と、半田部３での反射光をＬＥＤ
光源２１ａ、２１ｂの切り換えに同期して撮像する手段
と、半田部３の反射スポットの移動方向から画像処理に
より半田形状を検知する手段とを具備する。

〔発明の作用〕

（１）２つ角度の異なるＬＥＤ光源２１ａ、２１ｂを半
田部３に照射し、カメラ２２で撮像することにより、画
像上のスポット光の移動方向から半田形状を検知できる
。

ここに、第２図のように、バッド１の面上で、リード２
の先端半田部周辺に適当に原点０をとり、リード長さ方
向にＸ軸、それらに直交する軸としてｙ軸、Ｚ軸を設定
する。

カメラ２２は、ｘ−ｚ平面内にあり、Ｘ軸に対しθの角
度を持つ。ＬＥＤ光源２１ａ、２１ｂは、ｙ−ｚ平面内
にあり、ｙ軸に対しそれぞれφａ、φｂの角度を持つ。

さて、第２図のように、カメラ２２のレンズ中心Ｐｃの
位置ベクトルをＣ，ＬＥＤ光源２１ａ１２１ｂの発光点
Ｐａ、Ｐｂの位置ベクトルをＡ、Ｂとする。このとき、
原点０からカメラのレンズ中心Ｐｃまでの距離をｌｃ、
原点ＯからＬＥＤ光源２１ａ、２１ｂの発光点Ｐａ、Ｐ
ｂまでの距離をともにｌａとする。

このとき、それらのベクトル座標は、それぞれ下記とな
る。

Ｃ＝　（ｊ！　ｃ　、ｃｏｓθ、０、ｌｃ　°ｓｉｎθ
）Ａ＝　（０、ｌ　ａ　　’　ＣＯ５φａ、Ａ’ａ−ｓ
ｉｎ　　φａ）Ｂ−（０，−Ｉ！ａ　　−ｃｏｓ　　φ
ｂ、１ａ−ｓｉｎ　　φｂ）さて、リード２先端の半田
部３の位置は、はぼ原点○と考えてよいから、半田部３
の表面で、各ＬＥＤ光源２１ａ、２１ｂの入射光によっ
て、カメラ２２への反射光が生しる反射スポットの位置
Ｒａ、　Ｒｂの単位法線ベクトルＶａ、ｖｂは、第３図
を参照して、次の式で与えられる。

（ｌｃ−ｃｏｓθ、−１ａ−ｃｏｓφａＸｌｃ−ｓｉｎ
θ＋ｌ１ａ−ｓｒｎφａ）このときの平面Ｘ 出できる。

ｚ内の傾きは、次式から算 φａ〉φｂならばθａ〉θｂとなる。

第４図は、半田形状が凹形および凸形の場合において、
反射スポットの位置Ｒａと反射スポットの位置Ｒｈとを
含むｘ−ｚ平面に平行な平面で切った断面図である。半
田形状が凹であれば、照明をＬＥＤ光源２１ａからＬＥ
Ｄ光源２１ｂに切り換えた時、反射スポットは、Ｘ軸の
マイナス方向に動く。また半田形状が凸であれば、ＬＥ
Ｄ光源２１ａからＬＥＤ光源２１ｂに切り換えた時、反
射スポットは、Ｘ軸のプラス方向に動く。

第５図は画像で見た反射スポットの位置Ｒａ、Ｒｂの移
動状況を示す。照明を切り換えた場合の反射スポットの
位置Ｒａ、Ｒｂの移動方向は半田形状が凹と凸とでは逆
方向になる。これを画像処理で検出する事により、半田
形状の判定ができる。

また、半田がない場合には、反射スポットは形成されな
いので、画像処理により反射スポ７）の存否を判別すれ
ば、半田部３の有無もわかる。

（２）照明光源にＬＥＤ　（赤色）光源２１ａ、２１ｂ
を用いることにより、高速にスイッチングが可能であり
、しかもスイッチングの回数に特に制限はない。

（３）外乱光を遮断するために、第６図のように、緑色
の遮光カバー２３を設ける。

第７図に示すように、赤色ＬＥＤの波長成約６００（ｎ
ｍ３〜約７００（ｎｍ）に対し、約５００　（ｎｍ）〜
約６００（ｎｍ）の緑色の光のみを通すような緑色の遮
光カバー２３（材質は例えば、ガラス、塩化ビニール）
を使えば、装置内部は遮光カバー２３を通してみる事は
できるが、遮光カバー２３を通過して装置内部に入った
光がＬＥＤ照明の波長域に及ぼす影響はない。

（４）半田部３におけるＬＥＤ光源２１ａ、２１ｂから
の反射光を撮像する光学系において、第８図および第９
図のように、レンズ４の前面に、赤色ＬＥＤの波長域の
みを通過させるＢＰ（バンドパス）フィルター２５を取
り付けることにより、カメラ２２に入力される画像はＬ
ＥＤ光のみにより構成される。

〔実施例〕

第１０図は、以上の解決手段にもとづく具体的な実施例
を示す。

プリント基板上の半田検査箇所は制御装置２６によって
指定され、検査テーブル２７の割り出し移動により検査
箇所をカメラ２２の画像視野内へ移動させ、ＬＥＤ光源
２１ａの照射後、画像を画像処理装置２８に入力し、反
射スポットの位置Ｒａを算出する。次に、ＬＥＤ光源２
１ａを消し、ＬＥＤ光源２１ｂを点燈し、画像を画像処
理装置２８に入力し、反射スポットの位置Ｒｂを算出す
る。反射スポットがなければ半田なし、反射スポットが
画像面で上方向に動けば、半田形状は凸、画像面で下方
向に動けば、半田形状は凹である。

なお、この状態は、モニター２９により視認できるよう
になっている。

この一連の動作を、プリント基板上の全ＩＣの半田部３
に対して順次に行う。

〔発明の効果〕

本発明では、下記の特有の効果がある。

画像処理にて半田形状をみるので、検査装置が安価であ
る。ＬＥＤ光を用いるので、スイッチングの耐久性が高
い。

ｘ−ｚ面上にあるカメラの光軸に対し、ＬＥＤ光源の光
軸は、２−ｙ平面上にあるので、高密度実装基板でも、
他のＩＣチップが照明の障害とならず、照明角度に問題
はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理の斜面図、第２図は各部の座標図
、第３図は反射部分の斜面図、第４図は反射部の垂直断
面図、第５図は反射部の平面図、第６図は遮光カバーの
説明図、第７図は波長−相対光度のグラフ、第８図はカ
メラの側面図、第９図は波長−相対悪疫のグラフ、第１
０図は具体的な装置の側面図である。 第１１図および第１２図は従来例の説明図である。 ■・・パッド、２・・リード、３・・半田部、２１ａ、
２１ｂ・・ＬＥＤ光源、２２・・カメラ、２３・・遮光
カバー　２４・・レンズ、２５８Ｐフイルター　２６・
・制御装置、２７・・検査テーブル、２８・・画像処理
装置。 第７図 第２図 第 ５ 図 第７０図 ７ 第 図 ２？ 第 θ 図 第 ７ 図 第７２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　プリント基板上に実装されたＩＣのリード（２）先端
   の半田部（３）の半田形状を検出する装置で、外乱光を
   遮断する遮光手段（２３、２５）と、角度の異なる２つ
   のＬＥＤ光源（２１ａ、２１ｂ）と、これらを切り換え
   ながら半田部（３）に投光する手段（２６）と、半田部
   （３）での反射光をＬＥＤ光源（２１ａ、２１ｂ）の切
   り換えに同期して撮像する手段（２２）と、画像処理に
   よる半田部（３）の反射スポットの移動方向から半田形
   状を検知する手段（２８）とを具備して成るプリント基
   板上ＩＣの半田形状検出装置。